KR101488405B1 - 단차형 볼 조인트 파이프 클램프 및 볼 조인트 파이프 클램프를 위한 사전 부착 요소 - Google Patents

단차형 볼 조인트 파이프 클램프 및 볼 조인트 파이프 클램프를 위한 사전 부착 요소 Download PDF

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노마 유.에스. 홀딩 엘엘씨
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Abstract

파이프 클램프는 제 1 파이프의 볼 형상 단부와 제 2 파이프의 플레어 형상 단부 사이에 형성된 볼 조인트 위에 사용된다. 파이프 클램프는 밴드 및 조임 기구를 포함하고 있다. 밴드는 축선 방향으로 제 1 에지에서 제 2 에지까지 뻗어 있고, 원주 방향으로 제 1 단부에서 제 2 단부까지 뻗어 있다. 밴드는 제 1 에지와 제 2 에지 사이의 밴드의 보디에 원주방향으로 형성된 단차부를 가지고 있다. 단차부는 볼 형상 단부와 플레어 형상 단부가 서로에 대하여 포개질 때 볼 형상 단부와 플레어 형상 단부 사이에 생성되는 계단모양의 접합부를 수용한다. 조임 기구는 파이프 클램프를 조이거나 풀기 위하여 서로를 향해 밴드의 제 1 단부와 제 2 단부를 당기거나 서로 멀어지게 한다.
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배기 시스템, 밀봉, 볼 조인트, 파이프 클램프, 밴드, 조임 기구, 비드

Description

단차형 볼 조인트 파이프 클램프 및 볼 조인트 파이프 클램프를 위한 사전 부착 요소{STEPPED BALL JOINT PIPE CLAMP AND PRE-ATTACHMENT COMPONENTS THEREFOR}
본 발명은 두개의 파이프 단부를 서로 연결하기 위해 사용되는 볼 조인트 및 파이프 클램프에 관한 것이다.
파이프 클램프는 자동차 배기 시스템의 다양한 형태의 파이프 단부를 결합하기 위하여 일반적으로 사용되고 있다. 하나의 예로서, 직경이 작은 파이프 단부의 중심 축선이 직경이 큰 파이프 단부의 중심 축선과 일치하도록 포개져서 연결되는 두개의 파이프 단부를 결합하는 파이프 커플러를 들 수 있다. 직경이 큰 파이프 단부와 직경이 작은 파이프 단부 양자에 대한 강한 조임력을 달성하는데 도움을 주기 위하여, 클램프는 파이프 직경의 차이를 수용하는 쇼울더를 포함할 수 있다. 미국특허 제4,261,600호 및 제4,312,526호에 일례가 개시되어 있다. 다른 예로서, 두개의 파이프 단부가 결합될 때 플레어 형상 단부가 볼 형상 단부와 부분적으로 포개지는 볼 및 플레어 조인트를 위해 사용되는 타입의 파이프 클램프를 들 수 있다. 이러한 타입의 조인트는 본 명세서에서 볼 조인트라고 칭하며 이러한 타입의 조인트는 파이프 클램프를 조이기 전에 플레어 형상 단부에 대하여 볼 형상 단부의 어느 정도의 회전을 허용한다. 일단 조여지면, 볼 조인트는 파이프 단부간에 약간의 각도 오정렬(부정교합)이 존재하더라도 파이프 단부간에 유체 밀봉 연결을 제공한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 각도 오정렬은 두개의 파이프 단부의 축선방향 중심선이 서로에 대해 기울어져서 일치하지 않는 것을 의미한다. 예를 들어, 자동차 배기 시스템에 적용하기 적합한 전형적인 볼 조인트는 파이프 축선의 각도 오정렬을 약 5도까지 용인하도록 설계될 수 있다.
미국특허공개공보 제2005/0029813 A1은 볼 조인트 및 배럴 형상의 클램프를 개시하고 있다. 한 파이프의 볼 형상 삽입 단부 섹션은 두개의 상이한 구형상 구역을 포함하고 있는데, 제 2 구역은 파이프의 말단부에 배치되고 다른 파이프의 단부 섹션의 벽 두께를 수용하는 상대적으로 더 작은 외측 반경을 가지고 있다. 이것은 배럴 형상 클램프의 내부 표면 형태와 실질적으로 상응하도록 제 1 구역 및 다른 파이프의 단부 섹션의 외측 반경(R1 및 R3)이 동일하게 되도록 허용한다. 이 구조는 파이프 단부의 복수 반경의 부분적인 구형상을 사용한다.
본 발명의 하나의 관점은 제 1 파이프의 볼 형상 단부(balled end) 및 제 2 파이프의 포개지는 플레어 형상 단부(flared end)를 결합하기 위하여 사용되는 볼 조인트 파이프 클램프에 관한 것이다. 볼 조인트 파이프 클램프는 밴드 및 조임 기구를 포함하고 있다. 밴드는 축선 방향으로 제 1 에지에서 제 2 에지까지 뻗어 있고, 원주 방향으로 제 1 단부에서 제 2 단부까지 뻗어 있다. 밴드는 밴드의 보디에 형성되며, 포개지는 볼 형상 단부와 플레어 형상 단부 사이에 생성되는 접합부(seam)를 수용하는 단차부(step)를 가지고 있다. 조임 기구는 밴드를 조이거나 풀기 위하여 서로를 향해 제 1 단부와 제 2 단부를 당기거나 멀어지게 한다.
본 발명의 또 다른 관점은 볼 형상 단부, 플레어 형상 단부 및 파이프 클램프를 포함하고 있는 볼 조인트에 관한 것이다. 볼 형상 단부는 제 1 반경의 외부 표면을 가지고 있다. 플레어 형상 단부는 볼 형상 단부와 포개지며 제 2 반경의 내부 표면을 가지고 있다. 파이프 클램프는 볼 형상 단부 및 플레어 형상 단부 양자와 포개지는 밴드를 가지고 있다. 제 1 반경은 제 2 반경보다 크며, 외부 표면과 내부 표면이 밀봉 접촉으로부터 벗어나는 방향으로 서로 떨어진 상태에서 외부 표면과 내부 표면간에 원주 방향의 밀봉 접촉이 생성된다.
본 발명의 또 다른 관점은 제 1 파이프, 제 2 파이프 및 파이프 클램프를 포함하고 있는 볼 조인트 조립체에 관한 것이다. 제 1 파이프는 제 1 반경의 외부 표면을 가진 볼 형상 단부를 가지고 있다. 제 2 파이프는 볼 형상 단부와 포개지는 플레어 형상 단부를 가지고 있다. 플레어 형상 단부는 제 1 반경보다 작은 제 2 반경의 내부 표면 및 자유 단부를 가지고 있다. 파이프 클램프는 볼 형상 단부 및 플레어 형상 단부 양자와 포개지는 밴드를 포함하고 있다. 밴드는 축선 방향으로 제 1 에지에서 제 2 에지까지 뻗어 있고, 원주 방향으로 제 1 단부에서 제 2 단부까지 뻗어 있다. 밴드는 밴드의 보디에 원주 방향으로 형성된 단차부를 가지고 있다. 단차부는 포개지는 볼 형상 단부와 플레어 형상 단부 사이에 생성되는 접합부를 수용한다. 밴드는 밴드의 제 2 단부에 인접한 용접부에서 플레어 형상 단부에 부착된다. 파이프 클램프는 밴드의 제 1 단부 및 제 2 단부를 서로를 향해 당기거나 멀어지게 하여 밴드를 조이거나 느슨하게 하는 조임 기구를 포함하고 있다. 원주방향의 밀봉 접촉은 볼 형상 단부의 중간부에서의 외부 표면과 플레어 형상 단부의 자유 단부에서의 내부 표면 사이에서 생성된다. 내부 표면과 외부 표면은 플레어 형상 단부에 클램프의 용접시에 도입될 수 있는 플레어 형상 단부의 내부 표면에서의 불규칙함을 수용하기 위하여 서로 멀어지게 분기한다.
도 1 은 제 1 파이프, 파이프 클램프 및 제 2 파이프의 분해도;
도 2 는 제 1 파이프 및 제 2 파이프와 조립된 상태로 도시된 도 1의 파이프 클램프의 측면도;
도 3 은 도 2의 파이프 클램프의 단면도;
도 4 는 제 1 파이프 및 제 2 파이프와 조립된 상태로 도시된 제 2 실시예의 파이프 클램프의 사시도;
도 5 는 제 1 파이프 및 제 2 파이프와 조립된 상태로 도시된 제 3 실시예의 파이프 클램프의 사시도;
도 6 은 파이프에 파이프 클램프를 사전 부착하기 위하여 사용된 부착 브래킷의 사시도;
도 7 은 파이프에 파이프 클램프를 유지하기 위하여 사용된 부착 클립의 사시도; 및
도 8 은 용접부로부터 축선방향으로 이격된 위치에서 밀봉 접촉을 달성하는 크기로 되어 있는 파이프 단부와 용접에 의해 사전 부착된 파이프 클램프를 도시한 파이프 클램프의 파단 단면도.
이하에서는 같은 구성요소에 같은 도면 부호로 나타낸 첨부 도면과 관련하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도면을 참조하면, 도 1 내지 8은 제 1 파이프(12)와 제 2 파이프(14) 사이에 형성된 볼 조인트를 고정하기 위하여 사용될 수 있는 파이프 클램프(10) 및 사전 부착 요소의 실시예를 도시하고 있다. 특히 파이프 클램프(10)는 서로에 대해 포개지는 볼 형상 단부(16)와 플레어 형상 단부(18)간에 높은 인장분리 저항강도를 갖는 유체 밀봉을 제공한다. 파이프 클램프(10)에 형성된 단차부(20)는 포개진 단부에 의해서 형성되는 볼 조인트의 계단모양의 외부 표면과 파이프 클램프를 정합시킨다. 대체로 원형상 단면을 갖는 것으로 설명되기 때문에, 명세서에 사용된 바와 같이 "축선방향", "반경방향" 및 "원주방향" 용어들은 이러한 원형상에 대한 방향을 나타내는 것으로서, 축선방향은 원형의 축선을 따라 뻗은 것이고, 반경방향은 축선으로부터 방사상으로 멀어지게 뻗은 것이며, 원주방향은 원형의 둘레 주위로 뻗은 것이다.
도 1은 자동차 배기 시스템의 제 1 파이프(12) 및 제 2 파이프(14)를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 파이프 자체는 볼 형상 단부(16)의 외부 표면(22)이 플레어 형상 단부(18)의 내부 표면(24)에 대하여 결합하는 형태의 동일한 공칭 직경을 가지고 있으며, 이에 의해서 제 1 파이프(12)와 제 2 파이프(14) 간에 볼 조인트를 형성한다. 볼 형상 단부(16)와 플레어 형상 단부(18)는, 양 단부(16, 18) 가 결합되고 파이프 클램프(10)가 조여질 때, 외부 표면(22)과 내부 표면(224) 사이의 경계에서 적어도 하나의 밀봉을 형성하는 대체로 상보적인 구형의 단면형상을 가지고 있다(도 3). 볼 형상 단부(16)의 구형 윤곽의 호의 길이는 플레어 형상 단부(18)의 구형 윤곽의 호의 길이보다 크다. 결합되어 조여지지 않았을 때, 반경방향으로 옵셋된 볼 형상 단부(16)와 플레어 형상 단부(18)는 원주방향의 접합부(25)를 형성한다. 이 상태에서, 제 1 파이프(12)는 제 2 파이프(14)에 대하여 각도(Θ)를 형성하도록 볼 조인트 주위로 회전할 수 있다. 각도(Θ)는 두개의 파이프 단부의 각도 오정렬의 정도를 나타내며, 예시된 실시예에서 파이프 클램프(10)가 조여질 때 볼 조인트에서 여전히 효과적인 밀봉을 허용하면서 최대 약 5°가 될 수 있다. 다른 실시예에서, 두개의 파이프 단부의 볼 조인트는 응용 목적에 따라 이 각도보다 크거나 또는 작은 최대 오정렬을 수용하도록 설계될 수 있다.
파이프 클램프(10)의 제 1 실시예가 도 1 내지 3에 도시되어 있다. 일반적으로, 파이프 클램프(10)는 결합된 단부(16, 18)를 둘러싸며 이들 단부를 밀봉하고 강화하는 균일하게 배분된 축선방향 및 반경방향의 힘을 가하도록 조여진다. 파이프 클램프(10)는 도시되어 설명된 것과 유사한 볼 조인트를 밀봉하도록 구성되어 있다. 이러한 목적을 위해, 파이프 클램프(10)는 결합된 단부(16, 18) 주위를 둘러싸며 그 이후에 조임 기구(28)에 의해 단부에 대하여 조여지는 밴드(26)를 포함하고 있다.
밴드(26)는 조여질 때 볼 조인트를 감싸고 단부에 여러가지 힘을 제공하는 크기로 되어 있다. 밴드(26)는 판재(예를 들면, 스테인리스 강판, 아연도금 강판 등)로부터 압단 또는 절단되며 그 다음에 원형상으로 만들기 위하여 공지된 금속가공 방법에 의해서 스탬핑 또는 드로잉된다. 원형상을 형성할 때 밴드(26)에서 단차부(20)가 동시에 형성될 수 있고, 단차형 밴드(26) 및 조임 기구(28)를 형성하기 위하여 적합한 재료, 공구 및 기술이 당업자에게 공지되어 있다. 일단 성형되면, 밴드(26)는 축선방향으로 제 1 에지(32)로부터 제 2 에지(34)까지 뻗어 있고 원주방향으로 제 1 단부(36)로부터 제 2 단부(38)까지 뻗어 있는 둥근 보디(30)를 가지고 있다.
단차부(20)는 보디(30)가 원주방향 접합부(25)와 정합할 수 있게 한다. 즉, 단차부(20)가 원주방향 접합부(25)를 수용하므로 파이프 클램프(10)가 볼 조인트를 효과적으로 밀봉할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단차부(20)는 보디(30)의 둘레 주위에 연속적으로 형성되며 제 1 에지(32)와 제 2 에지(34) 사이에 이들 에지와 평행하게 놓여 있다. 파이프 클램프(10)가 조여질 때 단차부의 양쪽에 충분한 밴드 재료가 존재하여 효과적인 밀봉을 제공할 수 있도록 단차부(20)가 축선방향으로 보디(30)의 대략 중간에 위치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 단차부(20)는 보디(30)의 경사진 부분에 의해서 형성될 수 있으며, 또한 비록 도시되어 있지 않지만 단차부(20)는 더욱 가파른(반경방향으로 뻗은) 부분에 의해서 형성될 수도 있다. 어느 경우에서든, 소정의 반경을 갖는 원주방향으로 연속적인 상승면과 상승면의 반경보다 작은 반경을 갖는 원주방향으로 연속적인 하강면을 형성하기 위하여 단차부(20)는 보디(30)의 한쪽면을 다른쪽 면보다 상승시킨다. 파이프 클램프(10)가 볼 조인트에 조립될 때 상승면이 플레어 형상 단부(18)를 수용하는 공 간(40)을 형성하도록, 플레어 형상 단부(18)의 벽 두께와 유사한 거리만큼 상승면이 하강면 위로 올라가 있다. 원한다면, 클램프를 조이는 동안 두개의 파이프 단부에 각각 가해지는 상대적인 압력의 정도를 제어하기 위하여 단차부의 높이는 플레어 형상 단부(18)의 벽 두께보다 다소 작거나 또는 다소 크게될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제 1 및 제 2 단부(36, 38)는 조임 기구(28)에서 서로 대향한다. 제 1 및 제 2 단부(36, 38)는 판재의 이중층 섹션을 생성하기 위하여 보디(30)의 단일의 연장부를 반경방향 바깥쪽으로 구부리고 그 다음에 다시 되접음에 의해서 반경방향으로 뻗은 플랜지로서 각각 형성된다. 이 성형 작업은 또한 플랜지의 외부 방사상 단부에 제 1 및 제 2 루프(42, 44)를 형성하도록 이용된다. 각각의 이중층 섹션은 조임 기구(28)의 일부를 수용하기 위해 천공된다(도시 생략).
조임 기구(28)는 파이프 클램프(10)를 각각 조이거나 풀기 위하여 제 1 및 제 2 단부(36, 38)를 서로를 향해 당기거나 멀어지게 한다. 당업자는 도시된 것 이외의 다른 조임 기구가 파이프 클램프(10)와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도시된 바와 같이, 조임 기구(28)는 밴드(26)의 제 1 및 제 2 단부(36 ,38)에 연결된다. 조임 기구(28)는 제 1 및 제 2 단부(36, 38)를 분리시키는 반작용 부재(46)를 포함할 수 있고, 제 2 단부(38)의 반대쪽에 위치된 스페이서 바(48)를 포함할 수 있다. 반작용 부재(46)와 스페이서 바(48)는 너트(52) 및 와셔(54)와 함께 조여지는 볼트(50)를 수용하도록 천공되어 있다. 이러한 타입의 조임 기구의 구조 및 작동에 대해서는 당업자에게 공지되어 있다.
사용시에, 볼 형상 단부(16) 및 플레어 형상 단부(18)는 볼 조인트를 형성하 도록 플레어 형상 단부가 볼 형상 단부 위에 포개지는 방식으로 서로 결합된다. 완전히 결합되기 전에, 볼 형상 단부(16)가 플레어 형상 단부(18)의 내부 표면(24)에 맞닿고 클램프 내에 삽입될 수 있도록 파이프 단부(10)가 플레어 형상 단부(18) 위에 끼워맞춰질 수 있다. 플레어 형상 단부의 에지가 단차부(20)에 도달할 때까지 파이프 클램프(10)는 밴드의 상승면에서 플레어 형상 단부(18) 위에 위치된다. 이 방식에서, 단차부(20)는 파이프 클램프(10)를 플레어 형상 단부(18)에 위치시키는 역할을 한다. 실시예에서, 밴드를 제 2 파이프에 사전 조립하기 위하여 밴드(26)는 제 2 에지(34)에 인접하여 배치된 용접부(55)에서 플레어 형상 단부(18)에 용접될 수 있다(도 3 및 8). 용접부(55)는 원주방향의 용접 라인, 밴드(26) 둘레에 원주방향으로 이격된 하나 이상의 용접 스폿 또는 이와 유사한 것이 될 수 있다. 다음에 볼 형상 단부(16)가 파이프 클램프(10) 및 플레어 형상 단부(18)에 삽입된다. 제 1 파이프(12)는 원하는 방향으로 볼 조인트 주위로 회전될 수 있다. 클램프가 조여질 때, 밴드(26)의 하강면은 볼 형상 단부(16)의 외부 표면(22)과 실질적으로 맞닿으며 밴드(26)의 상승면은 플레어 형상 단부(18)의 외부 표면과 실질적으로 맞닿는다. 축선방향의 부하는 외부 표면(22)과 내부 표면(24) 사이에서 두개의 파이프 단부가 함께 적어도 하나의 밀봉을 형성하도록 한다. 파이프 단부의 각도 오정렬이 존재하는 경우에도 밀봉이 형성된다.
볼 형상 단부(16)와 플레어 형상 단부(18) 사이에 생성된 정확한 밀봉은 특히 볼 형상 단부, 플레어 형상 단부 및 밴드(26)의 각각의 반경에 의존한다. 실시예에서, 볼 형상 단부(16)의 외부 표면(22)의 반경은 플레어 형상 단부(18)의 내부 표면(24)의 반경과 같아서, 이론적으로 외부 표면(22)이 내부 표면(24)과 맞닿아 있는 표면 대 표면 밀봉을 생성한다. 클램프가 용접에 의해서 플레어 형상 단부(18)의 외부 표면에 사전 부착되는 경우와 같은 일부 예에서, 이러한 조건은 바람직하지 않을 수 있다. 플레어 형상 단부(18)의 외부 표면에 대한 클램프의 용접은 내부 표면(24)의 매끄러움이나 균일함을 손상시키거나 영향을 줄 수 있는데, 이것은 표면 대 표면 밀봉을 방해하거나 또는 해제시키며 따라서 밀봉의 품질에 부정적으로 영향을 미친다. 이러한 상황을 회피하는 하나의 해결 방안이 도 8에 도시되어 있는데, 볼 형상 단부(16)의 외부 표면(22)은 중심(C1)으로부터 측정된 제 1 반경(R1)을 가지고 있고 플레어 형상 단부(18)의 내부 표면(24)은 중심(C2)으로부터 측정된 제 2 반경(R2)을 가지고 있다. 파이프(14)에 클램프(10)를 사전 부착하기 위해 사용되는 용접부(55)는 클램프의 에지(34) 그리고 플레어 형상 단부(18)의 중간 섹션에 배치되며, 제 1 반경(R1)은 제 2 반경(R2)보다 수치값(x) 만큼 크게 되어 있다. 볼 형상 단부(16)의 반경보다 작은 반경을 갖는 플레어 형상 단부(18)를 제공하는 한편 클램프의 외부 축선방향 에지(34)에 인접한 곳에 용접부(55)를 배치함에 따라, 도시된 바와 같이 용접부(55)로부터 축선방향으로 떨어져 있는 밀봉 접촉부(57)를 생성한다.
단면도에서 하나의 지점으로 도시된 밀봉 접촉부(57)는 플레어 형상 단부(18)의 자유 단부, 즉 말단부와 볼 형상 단부(16)의 중간부 사이에 원주방향으로 형성된 밀봉 라인이 될 수 있으며, 한편 마주하는 외부 표면(22)과 내부 표면(24)은 볼 형상 단부의 자유 단부를 향한 방향으로 밀봉 접촉부(57)로부터 멀어지게 분 기하여 갭(59)을 형성한다. 갭(59)은 내부 표면(24)에 존재하는 용접의 불규칙함 또는 손상으로부터 공간을 두고 외부 표면(22)을 떨어지게 하며, 따라서 잠재적인 밀봉 방해를 방지하며 밀봉 접촉부(57)에서의 효과적인 밀봉을 보장한다. 제 1 및 제 2 파이프(12, 14)의 직경이 대략 45.00 mm인 예에서, 제 1 반경(R1)은 대략 27.75 mm가 될 수 있고 제 2 반경(R2)은 대략 27.15 mm가 될 수 있으며 수치값(x)는 대략 0.60 mm이다. 이러한 치수는 밀봉 접촉부(57)와 분기하는 표면에 대하여 상기 설명한 조건을 만들어낼 수 있다. 일부 실시예에서, 반경 치수의 공칭 차이(x)는 직경이 작은 파이프(예를 들면, 직경 45 mm 이하의 파이프)에 대해서 대략 0.4 mm 그리고 직경이 큰 파이프(예를 들면, 직경 90 mm 이상의 파이프)에 대해서 대략 1.0 mm의 범위가 될 수 있다. 다른 실시예에서, 반경 치수의 공칭 차이(x)는 공칭 외경이 대략 380 mm 내지 대략 130 mm인 파이프에 대해서 대략 0.6 mm가 될 수 있다. 파이프 치수(파이프 직경 또는 플레어/볼 반경)에 대한 허용 공차가 예를 들면 +/- 0.25 mm가 될 수 있으므로 반경 치수의 차이(x)는 잠재적으로 최소 0.10 mm에서 최대 1.1 mm까지 변화될 수 있다.
도 3에 의해 알 수 있는 바와 같이, 클램프의 단차형 형태의 사용은 파이프 단부간에 각도 오정렬이 존재하는지 여부에 상관없이 클램프와 볼 형상 단부 사이 그리고 클램프와 플레어 형상 단부 사이에 축선방향으로 충분히 포개지게 되고, 조인트 둘레의 모든 지점에서 일정하게 유지된다. 즉, 클램프가 플레어 형상 단부와 정렬되도록 볼 조인트 위에 위치된 상태(클램프가 플레어 형상 단부의 축선방향 중심선과 수직인 평면에 배향된 것을 의미)에서, 파이프 단부간에 각도 오정렬이 존 재하는지 여부에 상관없이 클램프와 볼 형상 단부 사이의 축선방향 접촉 결합의 정도는 볼 형상 단부 주위의 모든 원주방향 지점에서 동일하다.
도 4는 파이프 클램프(110)의 제 2 실시예를 도시하고 있다. 도 1 내지 3의 제 1 실시예의 유사한 구성요소에 대응하는 제 2 실시예의 구성요소는 제 1 실시예에서 사용된 도면 부호에 100을 더한 수치로 식별된다. 조임 기구와 같은 제 2 실시예의 일부 구성요소는 제 1 실시예에서 설명된 것과 유사하며 따라서 그 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 밴드(126)는 볼 조인트에 대해 가해지는 축선방향의 힘을 증가시키고 또한 보디(130)를 보강하기 위하여 밴드(126)의 보디(130)에 형성되는 축선방향의 복수의 보강 리브, 즉 비드(156)를 가지고 있다. 몇몇 경우에, 비드(156)는 밴드(126)가 사용되고 풀어진 후에 원래의 형상으로 돌아가거나 또는 원래의 형상에 가깝게 될 수 있는 탄성을 밴드(126)에 부여한다. 비드(156)는 보디 자체가 드로잉된 후에 별개의 금속 드로잉 과정에 의해 보디(130)에 형성될 수 있다. 당업자는 비드(156)를 형성하기 위하여 다른 방식의 금속 성형 과정이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도시된 바와 같이, 비드(156)는 타원 형상이며 밴드(126)의 하강면의 둘레 주위에 동일한 간격으로 이격되어 있다. 비드(156)는 단차부(120)까지 축선방향으로 뻗어 있으므로 각각의 비드에서 단차부는 불연속적이다. 이 실시예에서 각각의 비드의 높이는 단차부(120)의 높이와 같다. 더 많거나 또는 더 적은 수의 비드가 구비될 수 있으며 비드는 특정한 응용 목적에 적합한 다양한 형상이 될 수 있다.
도 5는 파이프 클램프(210)의 제 3 실시예를 도시하고 있다. 도 1 내지 3의 제 1 실시예의 유사한 구성요소에 대응하는 제 3 실시예의 구성요소는 제 1 실시예에서 사용된 도면 부호에 200을 더한 수치로 식별된다. 조임 기구와 같은 제 3 실시예의 일부 구성요소는 제 1 실시예에서 설명된 것과 유사하며 따라서 그 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 밴드(226)는 볼 조인트에 대해 가해지는 축선방향의 힘을 증가시키고 또한 보디(230)를 보강하기 위하여 밴드(226)의 보디(230)에 형성되는 축선방향의 복수의 보강 리브, 즉 비드(256)를 가지고 있다. 몇몇 경우에, 비드(256)는 밴드(226)가 사용되고 풀어진 이 후에 원래의 형상으로 돌아가거나 또는 원래의 형상에 가깝게 될 수 있는 탄성을 밴드(226)에 부여한다. 비드(256)는 보디 자체가 드로잉된 후에 별개의 금속 드로잉 과정에 의해 보디(230)에 형성될 수 있다. 당업자는 비드(256)를 형성하기 위하여 다른 방식의 금속 성형 과정이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도시된 바와 같이, 비드(256)는 한쪽 끝에서 타원 형상이며 다른쪽 끝에서 기둥 형상으로 되어 있다. 타원 형상 끝은 밴드(226)의 하강면의 단차부(220)까지 뻗을 수 있고, 기둥 형상 끝은 밴드(226)의 상승면의 단차부(220)를 초과하여 뻗을 수 있다. 전체적으로 비드의 두 끝은 단차부(220)를 가로질러 뻗어 있다. 비드(256)는 밴드(226)의 원주방향 둘레 주위에 동일한 간격으로 이격될 수 있다. 이 실시예에서 각각의 비드의 높이는 단차부(220)의 높이보다 크다. 더 많거나 또는 더 적은 수의 비드가 구비될 수 있으며 비드는 특정한 응용 목적에 적합한 다양한 형상이 될 수 있다.
도 6은 파이프 단부 중 하나에 파이프 클램프를 사전 부착하기 위하여 사용될 수 있는 부착 브래킷을 도시하고 있다. 도 1 내지 3의 제 1 실시예의 유사한 구성요소에 대응하는 도 6에 도시된 구성요소는 제 1 실시예에서 사용된 도면 부호에 300을 더한 수치로 식별된다. 조임 기구와 같은 도 6에 도시된 일부 구성요소는 제 1 실시예에서 설명된 것과 유사하며 따라서 그 설명은 생략한다.
브래킷(358)은 상술한 3개의 실시예의 파이프 클램프 중의 어느 것과 동일하거나 또는 상이한 것이 될 수 있는 파이프 클램프(310)와 함께 사용된다. 브래킷(358)은 제 2 파이프(314)의 플레어 형상 단부(318)에 사전 조립될 때 클램프(310)의 위치를 유지하는 것을 도와준다. 이것은 클램프와 볼 조인트의 조립을 보조한다. 브래킷(358)은 용접부(55)에 부가적으로 사용되거나 또는 용접부(55)를 대신하여 사용될 수 있다. 특히, 브래킷(358)은 조임 기구(328)과 결합하며 플레어 형상 단부(318)에서 클램프(310)가 뒤틀리거나 잘못 배향되는 것을 방지한다. 브래킷(358)은 소정의 탄성을 부여하기 위하여 템퍼링한 스테인리스강 또는 유사한 것으로 만들어질 수 있다. 브래킷(358)은 제 2 파이프(314)에 부착되는 베이스(360) 및 플레어 형상 단부(318)를 초과하여 위로 뻗어있는 돌출부(362)를 가지고 있다. 베이스(360)는 제 2 파이프(314)의 형상과 상응하도록 대체로 아치형이다. 돌출부(362)는 베이스(360)와 일체로 되어 있고 조임 기구(328)의 제 1 루프(342) 또는 제 2 루프(344)에 끼워지는 크기로 만들어진 원통형 형상의 보디를 가지고 있다. 돌출부(362)는 베이스(360)로부터 반경방향으로 멀어지게 뻗고 그 다음에 축선방향으로 구부려 있다. 결합부(364)는 베이스(360)와 돌출부(362)를 연결하며 파이프 클램프(310)가 조여질 때 요구되는 축선방향 및 원주방향의 휘어짐을 돌출부에 제공한다. 브래킷(358)은 결합부(364)에서 시작되는 돌출부(362)를 형성하기 위하여 압연된 금속의 단일 스트립으로 만들어질 수 있다. 스트립의 측면 가장자리는 이어진 원통 형상을 형성하도록 서로 맞닿게 둥글게 말려지고 그 원통형상 부분은 90°로 굽혀져서 반경을 이용하여 그 강도를 유지하게 된다. 돌출부(362)의 자유 단부는 루프(342)에 돌출부의 삽입을 용이하게 하기 위하여 둥글거나 또는 원뿔형이 될 수 있다. 게다가, 자유 단부는 상대적인 축선방향 운동에 의해 쉽게 분리되지 않도록 루프(342)를 통해 돌출부 헤드의 압력 끼워맞춤이 요구되는 확장된 헤드로서 형성될 수 있다.
사용시에, 돌출부(362)가 플레어 형상 단부를 넘어 그 위에 위치되도록 브래킷(358)은 플레어 형상 단부(318)에 가까운 제 2 파이프(314)의 외부 표면에 스폿 용접될 수 있다. 파이프 클램프(310)가 플레어 형상 단부(318)에 사전 조립될 때, 돌출부(362)는 제 1 루프(342) 또는 제 2 루프(344)를 완전히 통과하여 삽입된다. 이것은, 볼 조인트가 형성되고 파이프 클램프(310)가 조여지기 전에 플레어 형상 단부(318)에 파이프 클램프(310)을 유지하며 잘못 배향되는 것을 방지한다.
도 7은 파이프 단부의 하나에 파이프 클램프를 사전 부착하기 위하여 브래킷(358)과 함께 또는 브래킷 없이 사용될 수 있는 부착 클립을 도시하고 있다. 도 1 내지 3의 제 1 실시예의 유사한 구성요소에 대응하는 도 7에 도시된 구성요소는 제 1 실시예에서 사용된 도면 부호에 400을 더한 수치로 식별된다. 조임 기구와 같은 도 7에 도시된 일부 구성요소는 제 1 실시예에서 설명된 것과 유사하며 따라 서 그 설명은 생략한다.
밴드(426)는 밴드의 제 1 에지(432)를 축선방향으로 넘어 그리고 반경방향으로 제 1 에지 아래로 돌출한 한 쌍의 마주하여 배치된 핑거(466)를 가지고 있는 클립을 포함하고 있다. 핑거(466)는 클램프(410) 내의 위치에 제 1 파이프(412)의 볼 형상 단부(416)를 유지하기 위하여 이하에 설명되는 것처럼 사용된다. 핑거(466)는 소정의 탄성을 부여하기 위하여 템퍼링한 스테인리스강 또는 유사한 것으로 만들어질 수 있다. 핑거는 만곡된 단부(468)를 형성하기 위하여 제 1 에지 밑으로 부분적으로 구부려질 수 있다. 핑거의 반경방향으로 안쪽으로 향한 표면과 자유 단부는 파이프 단부(412)의 잔여부와 결합된 부근에서 볼 형상 단부(416)의 외부 표면과 결합하도록 클램프의 안쪽으로 반경방향으로 뻗어 있다. 클립의 베이스(470)는 밴드(426)의 하강면에 핑거(466)를 용접하기 위하여 제공될 수 있다. 다른 실시예들은 이러한 베이스 없이 실시될 수 있으며, 대신에 밴드에 별도로 부착된 개별적인 핑거로서 또는 밴드(426)의 측면 가장자리(432)에서 떨어진 단일의 연장부로서 실시될 수 있다.
사용시에, 핑거(466)는 만곡된 단부(468)로 볼 형상 단부(416)와 결합하여 핑거(466)가 볼 형상 단부(416)의 외부 표면에 포개지도록 허용한다. 이 때, 핑거(466)는 반경방향으로 휘어져서 볼 형상 단부(416)에 힘을 가하며, 이 힘은 볼 형상 단부를 클램프의 내부 표면과 결합하는 클램프의 마주하는 둘레면을 향하여 가압한다. 용접 또는 브래킷(358)을 사용하는 것 등에 의해 클램프는 먼저 플레어 형상 단부(418)에 사전 부착되고, 클램프(410) 및 플레어 형상 단부(418)의 결합에 볼 형상 단부(416)를 스냅 끼워맞춤함으로써 클램프와 파이프 단부가 느슨하게 연결된 상태로 유지되고, 따라서 설치하는 사람은 클램프의 조임 및 최종 위치결정 작업시에 더욱 자유롭게 된다. 파이프 클램프(410)가 완전히 조여지기 전에 핑거(466)는 여전히 제 1 파이프(412)가 볼 조인트에 대하여 회전하도록 허용한다.
상술한 설명은 본 발명을 한정하는 것이 아니라 본 발명의 바람직한 실시예의 설명이라는 것을 이해하여야 한다. 본 발명은 명세서에 설명된 특정 실시예로 제한되는 것은 아니며, 전적으로 청구범위에 의해서 한정된다. 게다가, 상술한 설명에 포함된 내용은 특정 실시예에 관한 것이며 용어 및 표현이 명시적으로 한정되는 것을 제외하고 청구범위에 사용된 용어의 정의 또는 본 발명의 범위에 대한 제한으로 간주되도록 의도된 것은 아니다. 당업자는 상술한 실시예에 대한 다양한 변경과 개량 및 다른 실시형태가 가능하는 것을 이해할 것이다. 이와 같이 다른 실시형태, 변경 및 개량은 전부 청구범위의 범주에 들어가도록 의도된 것이다.
명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같이, 하나 이상의 구성요소 또는 다른 물품과 관련하여 열거하기 위해 사용될 때 "예를 들면", "... 등", "포함하고 있는", "가지고 있는", "포함하는"의 용어는 개방적인 것을 의미하는 것으로서, 다른 추가적인 구성요소 또는 물품을 배제하는 것으로서 간주되지 않는다. 이러한 용어는 다른 해석을 요구하는 것에 사용되지 않는다면 가장 넓은 의미로 사용되도록 의도된 것이다.

Claims (18)

  1. 볼 형상 단부를 가지고 있는 제 1 파이프와 볼 형상 단부와 포개지는 플레어 형상 단부를 가지고 있는 제 2 파이프를 결합하기 위한 볼 조인트 파이프 클램프에 있어서, 상기 볼 조인트 파이프 클램프는:
    축선 방향으로 제 1 에지에서 제 2 에지까지 뻗어 있고 원주 방향으로 제 1 단부에서 제 2 단부까지 뻗어 있는 밴드; 및
    상기 제 1 단부 및 제 2 단부에 연결된 조임 기구;를 구비하고,
    상기 밴드는 축선방향으로 상기 제 1 에지와 제 2 에지 사이에 그리고 원주방향으로 상기 밴드 둘레에 형성된 단차부를 가지고 있고, 상기 단차부는 포개지는 상기 볼 형상 단부와 상기 플레어 형상 단부 사이에 생성되는 접합부를 수용하며, 상기 조임 기구는 상기 밴드를 조이거나 풀기 위하여 서로를 향해 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부를 당기거나 멀어지게 하는 파스너(fastener)를 가지며,
    상기 제 1 단부 및 제 2 단부의 적어도 하나는 상기 조임 기구의 바깥쪽에 그리고 상기 밴드의 반경방향으로 배치된 루프를 포함하며,
    상기 볼 조인트 파이프 클램프는 상기 플레어 형상 단부에 상기 볼 조인트 파이프 클램프가 사전 조립될 때 상기 볼 조인트 파이프 클램프의 위치를 유지하도록 도와주기 위하여 사용되는 브래킷을 더 구비하며,
    상기 브래킷은 상기 제 2 파이프에 부착되는 베이스; 및 상기 베이스로부터 뻗어 있고, 상기 볼 조인트 파이프 클램프가 상기 플레어 형상 단부 상에 느슨하게 조립될 때 상기 루프에 끼워 맞춰지는 치수로 만들어져 배치되는 돌출부;를 가지는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 파이프 클램프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단차부는 반경을 가진 상승면 및 상기 상승면의 반경보다 작은 다른 반경을 가진 하강면을 상기 밴드에 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 파이프 클램프.
  3. 제 2 항에 있어서, 조여질 때, 상기 밴드의 상기 상승면은 상기 플레어 형상 단부의 외부 표면과 맞닿으며, 상기 밴드의 상기 하강면은 상기 볼 형상 단부의 외부 표면과 맞닿는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 파이프 클램프.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 밴드는 원주방향으로 이격된 복수의 보강 비드를 가지고 있고, 각각의 상기 비드는 상기 밴드의 상기 하강면에 배치된 상기 비드의 한쪽 끝으로부터 상기 단차부에 배치된 상기 비드의 다른쪽 끝까지 축선방향으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 파이프 클램프.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 밴드는 원주방향으로 이격된 복수의 보강 비드를 가지고 있고, 각각의 상기 비드는 상기 밴드의 상기 하강면에 배치된 상기 비드의 한쪽 끝으로부터 상기 밴드의 상기 상승면에 배치된 상기 비드의 다른쪽 끝까지 축선방향으로 뻗어 있고, 각각의 상기 비드는 상기 비드의 한쪽 섹션에서 제 1 형상 및 상기 비드의 다른쪽 섹션에서 제 2 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 파이프 클램프.
  6. 볼 형상 단부를 가지고 있는 제 1 파이프와 볼 형상 단부와 포개지는 플레어 형상 단부를 가지고 있는 제 2 파이프를 결합하기 위한 볼 조인트 파이프 클램프에 있어서, 상기 볼 조인트 파이프 클램프는:
    축선 방향으로 제 1 에지에서 제 2 에지까지 뻗어 있고 원주 방향으로 제 1 단부에서 제 2 단부까지 뻗어 있는 밴드;
    상기 제 1 단부 및 제 2 단부에 연결되고, 상기 밴드를 조이거나 풀기 위하여 서로를 향해 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부를 당기거나 멀어지게 하는 파스너(fastener)를 가지는 조임 기구; 및
    상기 볼 조인트 파이프 클램프에 대하여 상기 볼 형상 단부의 위치를 유지하기 위하여 사용되는 적어도 한 쌍의 핑거를 가지는 클립;을 구비하고,
    각각의 상기 핑거는 축선방향으로 상기 밴드의 상기 제 1 에지를 넘어서 그리고 반경방향으로 상기 밴드의 상기 제 1 에지 아래로 돌출되며, 각각의 상기 핑거는 상기 볼 형상 단부의 외부 표면과 결합하는, 반경방향 안쪽으로 향한 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 파이프 클램프.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 볼 조인트 파이프 클램프에 대하여 상기 볼 형상 단부의 위치를 유지하기 위하여 사용되는 적어도 한 쌍의 핑거를 가지는 클립을 더 구비하고,
    각각의 상기 핑거는 축선방향으로 상기 밴드의 상기 제 1 에지를 넘어서 그리고 반경방향으로 상기 밴드의 상기 제 1 에지 아래로 돌출되고, 각각의 상기 핑거는 상기 볼 형상 단부의 외부 표면과 결합하는, 반경방향 안쪽으로 향한 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 파이프 클램프.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 밴드는 상기 제 2 에지에 인접하여 위치되는 용접부에 의해서 상기 플레어 형상 단부에 사전 조립되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 파이프 클램프.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 밴드는 축선방향으로 상기 제 1 에지와 상기 제 2 에지 사이에 그리고 원주방향으로 상기 밴드의 둘레에 형성된 단일의 단차부를 가지는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 파이프 클램프.
  10. 볼 조인트로서,
    제 1 파이프의 볼 형상 단부;
    상기 볼 형상 단부와 포개지는 제 2 파이프의 플레어 형상 단부; 및
    상기 볼 형상 단부 및 상기 플레어 형상 단부를 포개는 밴드를 포함하는 파이프 클램프;를 구비하고,
    상기 볼 형상 단부는 제 1 중심으로부터 측정된 제 1 반경의 외부 표면을 가지고, 상기 플레어 형상 단부는 제 2 중심으로부터 측정된 제 2 반경의 내부 표면을 가지며,
    상기 파이프 클램프는 상기 파이프 클램프에 대하여 상기 볼 형상 단부의 위치를 유지하기 위하여 사용되는 적어도 한 쌍의 핑거를 가지는 클립을 더 포함하고, 각각의 상기 핑거는 축선방향으로 상기 밴드의 에지를 넘어서 그리고 반경방향으로 상기 밴드의 에지 아래로 돌출되며, 각각의 상기 핑거는 상기 볼 형상 단부의 외부 표면과 결합하는, 반경방향 안쪽으로 향한 표면을 형성하며,
    상기 외부 표면과 상기 내부 표면 간에 원주방향의 밀봉 접촉부를 생성하도록 상기 제 1 반경은 상기 제 2 반경보다 크며, 상기 밀봉 접촉부는 상기 플레어 형상 단부의 자유 단부 및 상기 볼 형상 단부의 중간부에서 위치하며, 상기 외부 표면과 상기 내부 표면은 상기 밀봉 접촉부로부터 상기 볼 형상 단부의 자유 단부를 향하는 방향으로 분기되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 분기된 외부 표면과 내부 표면은 그 사이에 위치된 갭을 형성하고, 상기 밴드는 제 1 에지로부터 제 2 에지까지 축선방향으로 뻗어 있고, 상기 밴드는 상기 제 2 에지에 인접한 축선방향 위치 및 상기 갭에 인접한 반경방향 위치에 배치되는 용접부에 의해서 상기 플레어 형상 단부에 부착되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 볼 형상 단부와 상기 플레어 형상 단부는 상기 플레어 형상 단부의 상기 자유 단부에 원주방향의 접합부를 생성하도록 겹쳐지고,
    상기 밴드는 축선방향으로 제 1 에지로부터 제 2 에지까지 뻗어 있고, 축선방향으로 상기 제 1 에지와 제 2 에지 사이에 그리고 원주방향으로 상기 밴드의 둘레에 단차부를 형성하며,
    상기 단차부가 상기 접합부를 수용하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 단차부는 반경을 가진 상승면 및 상기 상승면의 반경보다 작은 다른 반경을 가진 하강면을 상기 밴드에 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 상승면은 상기 플레어 형상 단부의 외부 표면과 맞닿고, 상기 하강면은 상기 볼 형상 단부의 외부 표면과 맞닿는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
  15. 볼 조인트 조립체로서,
    제 1 중심으로부터 측정된 제 1 반경을 갖는 외부 표면을 구비한 볼 형상 단부를 가지는 제 1 파이프;
    상기 제 1 반경보다 작고 제 2 중심으로부터 측정되는 제 2 반경을 갖는 내부 표면 및 자유 단부를 가지고 상기 볼 형상 단부와 포개지는 플레어 형상 단부를 가지는 제 2 파이프; 및
    파이프 클램프;를 구비하고, 상기 포개지는 플레어 형상 단부와 볼 형상 단부는 원주방향의 접합부를 생성하며,
    상기 파이프 클램프는 밴드, 조임 기구 및 클립을 포함하고,
    상기 밴드는, 상기 볼 형상 단부 및 상기 플레어 형상 단부를 서로 포개고, 축선 방향으로 제 1 에지에서 제 2 에지까지 뻗어 있고 원주 방향으로 제 1 단부에서 제 2 단부까지 뻗어 있으며, 상기 접합부를 수용하도록 축선방향으로 상기 제 1 에지와 제 2 에지 사이에 그리고 원주방향으로 상기 밴드의 둘레에 형성된 단차부를 가지며, 상기 제 2 에지에 인접하여 배치되는 용접부에서 상기 플레어 형상 단부에 부착되며,
    상기 조임기구는 상기 제 1 단부 및 제 2 단부에 연결되고, 상기 밴드를 조이거나 풀기 위하여 서로를 향해 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부를 당기거나 멀어지게 하는 파스너(fastener)를 가지며,
    상기 클립은 상기 파이프 클램프에 대하여 상기 볼 형상 단부의 위치를 유지하기 위하여 사용되는 적어도 한 쌍의 핑거를 가지고, 각각의 상기 핑거는 축선방향으로 상기 밴드의 상기 제 1 에지를 넘어서 그리고 반경방향으로 상기 밴드의 상기 제 1 에지 아래로 돌출되며, 각각의 상기 핑거는 상기 볼 형상 단부의 외부 표면과 결합하는, 반경방향 안쪽으로 향한 표면을 형성하며,
    원주방향의 밀봉 접촉부는 상기 외부 표면과 상기 내부 표면 사이에 생성되고, 상기 원주방향의 밀봉 접촉부는 상기 플레어 형상 단부의 자유 단부 및 상기 볼 형상 단부의 중간부에서 위치하며, 상기 외부 표면과 상기 내부 표면은 상기 밀봉 접촉부로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 조립체.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 단차부는 반경을 가진 상승면 및 상기 상승면의 반경보다 작은 다른 반경을 가진 하강면을 상기 밴드에 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 상승면은 상기 플레어 형상 단부의 외부 표면과 맞닿고, 상기 하강면은 상기 볼 형상 단부의 외부 표면과 맞닿는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 밴드는 축선방향으로 상기 제 1 에지와 상기 제 2 에지 사이 그리고 원주방향으로 상기 밴드의 둘레에 형성된 단일의 단차부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 조립체.
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